L’image de gauche montre la cellule à enclume en diamant utilisée pour les mesures à haute pression dans cette étude, avec l’échantillon entouré d’un liquide transmettant la pression ; l’image de droite montre la courbe de résistance à 20,5 GPa, une transition supraconductrice parfaite proche de 66K avec une résistance nulle en dessous de 40 K est présentée. Structure cristalline de La3Ni2Ô7 est tracé dans l’encadré. Crédit : Zhang et al.
Des chercheurs de l’Université du Zhejiang et de l’Université Sun Yat-Sen ont rassemblé des preuves d’une supraconductivité à haute température avec une résistance nulle et un comportement métallique étrange dans un matériau identifié dans leurs études précédentes.
Leurs conclusions, publiées dans Physique naturellesoulignent la promesse de ce matériau pour étudier ces propriétés physiques rares et, à terme, les exploiter pour développer des dispositifs électroniques innovants.
“La supraconductivité à haute température est l’une des énigmes les plus intrigantes dans le domaine de la physique de la matière condensée”, a déclaré le professeur Huiqiu Yuan, chef de projet pour ce travail, à Phys.org.
“Il a le potentiel de révolutionner la technologie en permettant la création d’électronique supraconductrice refroidie par de l’azote liquide (au-dessus de -195,8 °C ou 77,4 K). Par conséquent, la recherche de supraconducteurs avec des températures de transition élevées et la compréhension de leurs mécanismes sont parmi les plus importantes. des objectifs convaincants en physique de la matière condensée.
Les supraconducteurs à haute température sont des matériaux très recherchés, car ils pourraient contribuer au développement d’une nouvelle classe d’électronique. En conséquence, toute indication de supraconductivité à haute température attire souvent une attention particulière, tant de la part des chercheurs que des sociétés d’électronique.
En 2023, une équipe de recherche de l’Université Sun Yat-Sen dirigée par le professeur Meng Weng a signalé des signatures de supraconductivité à des températures inférieures à 80 K à Los Angeles.3Ni2Ô7, un matériau à base de nickel. Comme la température de 80 K est supérieure au point d’ébullition de l’azote liquide, cette découverte constitue en soi une avancée majeure, mais elle comporte également certaines limites.
“Un inconvénient majeur de la découverte initiale du professeur Wang était l’absence de résistance nulle, la caractéristique la plus distinctive d’un supraconducteur”, a déclaré le professeur Yuan.
“Le principal défi réside dans le fait que la supraconductivité à haute température dans ce matériau n’est observée que lorsqu’elle est soumise à une pression d’au moins 14 gigapascals (près de 140 000 atmosphères). Par conséquent, des mesures de haute précision et des dispositifs spécialisés à haute pression sont essentiels pour des investigations plus approfondies. “.
Pour examiner La3Ni2Ô7 En outre, les chercheurs de l’Université Sun Yat-Sen se sont associés au groupe du professeur Yuan du Centre de matière corrélée (CCM) de l’Université de Zhejuang, spécialisé dans l’étude de matériaux fortement corrélés dans des conditions extrêmes.
Le professeur Yuan a reconnu que l’absence de résistance nulle dans le rapport initial du professeur Wang pouvait être attribuée aux inhomogénéités de l’échantillon lui-même, ainsi qu’aux conditions de pression provoquées par le milieu de pression solide de la poudre de KBr.
Les chercheurs ont donc entrepris de mener une nouvelle étude sur les propriétés du matériau à l’aide d’un nouvel échantillon et de différentes conditions de pression. Plus précisément, le professeur Yuan a proposé d’utiliser de minuscules échantillons et de meilleures conditions de pression hydrostatique, car ces éléments pourraient représenter la clé pour observer une résistance nulle.
“Par coïncidence, notre équipe a récemment amélioré la technique à haute pression, en appliquant un milieu de pression liquide dans une cellule à enclume en diamant, adaptée pour créer une pression homogène (hydrostatique), et en établissant des contacts électriques sur un minuscule échantillon de 100 mm de longueur à l’aide de pâte d’argent”, Le professeur Lin Jiao, l’un des auteurs co-correspondants de l’article et membre du corps professoral du Center for Corrated Matter, a expliqué.
“En mesurant la résistance électrique de La3Ni2Ô7 à haute pression en utilisant cette méthode, nous avons observé une forte baisse de la résistance lors d’un refroidissement en dessous de 66 K, indiquant l’apparition de la supraconductivité.
Les chercheurs ont refroidi davantage le matériau et ont constaté que sa résistance atteignait zéro en dessous de -40 K. Leur expérience a ainsi rassemblé la preuve que La3Ni2Ô7 présente une supraconductivité à haute température sous pression. Suite à la publication de leur article, les scientifiques sont convaincus que La3Ni2O7 est véritablement un supraconducteur à haute température.
“Le principal défi de l’étude de La3Ni2Ô7 réside dans sa composition chimique méta-stable”, a déclaré le professeur Yuan.
“Cela conduit à s’attendre à de nombreux défauts cristallins, limites de phase, interfaces et coexistence de différentes compositions au sein de La.3Ni2Ô7 même à l’échelle micrométrique. Pour résoudre ces problèmes, de minuscules monocristaux (environ 100*100*20 micromètres) ont été mesurés et une pression quasi-hydrostatique a été appliquée comme mentionné précédemment. »
L’image de gauche montre le changement de résistance avec la température sous différentes pressions pour La3Ni2Ô7; l’image de droite montre le diagramme de phase pression-température de ce composé et l’évolution de la concentration en porteurs avec la pression (encadré). Crédit : Zhang et al.
Essentiellement, le professeur Yuan et ses collègues ont placé un petit morceau d’un monocristal du matériau entre les enclumes de deux diamants, remplissant le joint intégré dans ces faces d’enclume avec un milieu liquide. Ils ont collé quatre à cinq fils d’Au, chacun mesurant environ 15 micromètres d’épaisseur, sur la surface de l’échantillon à l’aide de pâte d’argent, pour assurer un bon contact électrique.
Les chercheurs ont ensuite appliqué une haute pression à l’échantillon, ce qui l’a comprimé, puis l’a refroidi à quelques kelvins. En mesurant la résistance de l’échantillon en conjonction avec la température et la pression auxquelles il se trouvait, ils ont démontré sa résistance nulle.
« Notre découverte la plus significative et la plus remarquable est que la résistance de La3Ni2Ô7 commence à chuter fortement lors du refroidissement en dessous de 66 K et atteint zéro autour de 40 K », a déclaré le professeur Yuan. « Cette expérience fournit des preuves cruciales et convaincantes que La3Ni2Ô7 est un supraconducteur à haute température, rejoignant les rangs des supraconducteurs à haute température non conventionnels aux côtés des cuprates et des pnictides de fer. »
En plus de rassembler des preuves de supraconductivité à haute température avec une résistance nulle dans La3Ni2Ô7, cette étude récente offre un aperçu de la physique qui sous-tend cet état. En fait, les chercheurs ont observé un comportement étrange et évident du métal dans leur échantillon sous pression, révélant un lien entre ce comportement et la supraconductivité.
“Le terme” métal étrange “fait référence à des matériaux dont la plupart présentent une supraconductivité non conventionnelle et/ou une transition de phase quantique à température nulle lors d’un réglage par un paramètre non thermique, qui ne peut pas être décrit par nos connaissances actuelles basées sur le théorème de Landau.” » a déclaré le professeur Yuan.
“Cela suggère une rupture avec le comportement conventionnel des porteurs de charge, qui ne semblent plus agir simplement comme des électrons. Une caractéristique typique des métaux étranges, comme nous l’avons observé dans La3Ni2Ô7est une résistance linéaire en fonction de la température (résistance linéaire T).”
Comme La3Ni2Ô7 présente un comportement métallique étrange, le mécanisme sous-jacent à sa supraconductivité devrait être radicalement différent de celui décrit par la théorie de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS), qui explique la supraconductivité typique des métaux et alliages simples. Le professeur Yuan et ses collègues pensent que leurs découvertes pourraient également s’appliquer à d’autres supraconducteurs non conventionnels présentant un comportement métallique étrange.
“Nous avons également constaté que le coefficient de Hall inverse subit une augmentation prononcée lors du franchissement de la transition de phase structurelle induite par la pression, ce qui suggère que la modification de la structure électronique dans la phase haute pression est cruciale pour l’apparition de la supraconductivité”, a déclaré le professeur Yuan.
Cette étude récente du professeur Yuan, du professeur Weng et de leurs équipes respectives ouvre de nouvelles opportunités intéressantes pour l’étude de la supraconductivité à haute température et son application en électronique. Les chercheurs prévoient de continuer à étudier la physique de La3Ni2Ô7tout en examinant également d’autres supraconducteurs non conventionnels.
“Notre compréhension de cette nouvelle famille de supraconducteurs à haute température en est encore à ses débuts et il reste beaucoup de travail à faire”, a déclaré le professeur Yuan. “Comme démontré dans cette étude et dans d’autres, la supraconductivité des nickelates semble être extrêmement sensible à la composition atomique, en particulier lorsqu’il existe des carences dans le nombre d’atomes d’oxygène.”
Les similitudes observées entre la supraconductivité de différents nickelates et celle d’autres familles de supraconducteurs à haute température suggèrent la possibilité que les nickelates pourraient également être supraconducteurs à haute température, mais potentiellement sans nécessiter de pressions élevées.
Dans leurs prochaines études, les chercheurs prévoient d’identifier des composés candidats plus appropriés, qui pourraient leur permettre de découvrir les ingrédients clés de la supraconductivité en termes de composition chimique et de structure cristalline.
“Nous (avons) amélioré la qualité des échantillons de La3Ni2Ô7 et rechercher d’autres matériaux connexes, car cela permettrait d’effectuer davantage de mesures, notamment le paramètre d’ordre, la relation entre la supraconductivité et la transition de phase structurelle, etc. », a déclaré le professeur Meng Wang.
“Récemment, des preuves de supraconductivité dans d’autres composés de nickelate, tels que La4Ni3Ôdix, a été trouvé. Cela élargit non seulement la famille des supraconducteurs au nickelate, mais fournit également un composé relativement stable pour une étude approfondie. Cependant, améliorer la qualité des échantillons et réduire la pression requise pour la transition supraconductrice reste une priorité. »
Plus d’information:
Yanan Zhang et al, Supraconductivité à haute température avec résistance nulle et comportement de métal étrange dans La3Ni2Ô7−δ, Physique naturelle (2024). DOI : 10.1038/s41567-024-02515-y.
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Citation: Un supraconducteur à haute température avec une résistance nulle qui présente un comportement métallique étrange (25 juin 2024) récupéré le 25 juin 2024 sur
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